A nematikus szmektikus és koleszterikus folyadékkristályok közötti legfontosabb különbség a szerkezetükben rejlik. A nematikus folyadékkristályoknak nincs rendezett molekulaszerkezetük, a szmektikus folyadékkristályoknak pedig réteges molekulaszerkezetük van, míg a koleszterikus folyadékkristályok molekulái csavart és királis elrendezésben vannak.
A folyékony kristályok kifejezés az anyag olyan fázisaként definiálható, amelynek tulajdonságai a hagyományos folyadékok és szilárd kristályok tulajdonságai között vannak. Például egy folyadékkristály úgy áramolhat, mint egy folyadék, de a folyadékkristály molekulái általában kristályszerű természetben orientálódnak. A folyadékkristályok három fő fázisban fordulhatnak elő: termotróp folyadékkristályok, liotróp folyadékkristályok és metallotróp folyadékkristályok. Többféle termotróp folyadékkristály is létezik. Ezek a típusok közé tartoznak a nematikus kristályok, a szmektikus kristályok, a királis vagy csavart nematika, a diszkotikus fázis és a kúpos fázisok.
Mik azok a nematikus folyadékkristályok?
A nematikus folyadékkristályok a folyadékkristályok egyik leggyakoribb típusa. A „nematic” kifejezés görög eredetű, és jelentése „szál”. Ez azért van, mert ez a kifejezés a szálakként megjelenő topológiai hibákból származik. Általában a nematika ezen topológiai hibáit diszklinációnak nevezik. Ezen túlmenően, a nematika hajlamos a „sündisznó” topológiai hibáknak nevezett hibatípust felmutatni.
A nematikus fázisban jellemzően kalamitikus vagy rúd alakú szerves molekulák vannak, amelyeknek nincs helyzeti sorrendje. De ezek a molekulák hajlamosak arra, hogy önmagukat igazodjanak ahhoz, hogy hosszú hatótávolságú irányrendjük legyen, hosszú tengelyekkel, amelyek nagyjából párhuzamosak egymással. Ezért ebben a fázisban a molekulák szabadon áramlanak, és ezeknek a molekuláknak a tömegközéppontja véletlenszerűen oszlik el, hasonlóan a folyadékhoz. Ezek a molekulák azonban hajlamosak a szilárd fázishoz hasonlóan fenntartani a nagy hatótávolságú irányrendet.
A nematikus fázisok többnyire egytengelyűek. Ez azt jelenti, hogy ezeknek a molekuláknak egy tengelyük van (ez a neve „irányelv”), amely hosszú. Ez az előnyben részesített tengely, a másik két tengely pedig ekvivalens egymással, és ezeket hengerként vagy rúdként közelíthetjük. Ezenkívül lehetnek olyan kéttengelyű nematikák, amelyeknek nemcsak az orientációja hasonló a hosszú tengelyükön, hanem hajlamosak egy másodlagos tengely mentén orientálódni is.
A nematikus fázis molekulái hasonló folyékonyságot mutatnak, mint egy közönséges izotróp folyadékban. A molekulákat azonban ebben a fázisban egy külső mágneses vagy elektromos tér alkalmazásával könnyen egymáshoz igazíthatjuk. Ha ezeket a molekulákat egy sorrendbe állítjuk, a nematikus fázis az egytengelyű kristályok optikai tulajdonságait mutatja, ezért ezek a fázisok nagyon hasznosak a folyadékkristályos kijelzőkben.
Mik azok a Smectic folyadékkristályok?
A smectic folyadékkristályok olyan folyadékkristályok, amelyek jól meghatározott molekularétegekkel rendelkeznek, amelyek képesek egymáson csúszni. Ez a viselkedés hasonló a szappan által adott csúszóhatásokhoz. Ezenkívül a szmektikus folyadékkristályok alacsonyabb hőmérsékleten fordulnak elő, mint a nematikus folyadékkristályoké. A smectic kifejezés a latin „smectius” szóból ered, ami „tisztítást” jelent; más szóval szappanszerű tulajdonságok jelenlétét jelenti. Ezért a szmektikus fázis egy irányban van elhelyezve.
01. ábra: A szmektikus A fázis a bal oldalon és a szmektikus C fázis a jobb oldalon
Két különböző szmektikus fázist figyelhetünk meg szmektikus A fázisként és szmektikus C fázisként. A szmektikus A-fázisban a molekulák a normál réteggel együtt orientálódnak, míg a szmektikus C-fázis molekulái elhajlottak tőle. Ezenkívül ez a fajta fázis folyadékként jelenik meg a rétegeken belül. A szmektikai fázisoknak azonban sokféle típusa lehet, amelyek a helyzeti és orientációs sorrend típusától és mértékétől függően különböznek egymástól.
Mik azok a koleszterikus folyadékkristályok?
A koleszterintartalmú folyadékkristályok olyan folyadékkristályok, amelyek csak királis molekulákból állnak. Ez a fajta fázis kiralitást mutat. Ezt a fázist gyakran királis fázisnak vagy kiralitása miatt csavart nematikus fázisnak nevezzük. A koleszterikus kifejezés az első megfigyeléséből származik, amikor az anyag ezen fázisa először jelent meg a koleszterinszármazékokban. Megfigyelhetjük az ilyen típusú fázisokat, amelyek a molekulák csavarodását mutatják, amelyek merőlegesek a rendezőre, ahol a molekulatengely párhuzamos a rendezővel.
02. ábra: Koleszterikus fázis
Ebben a fázisban véges csavarodási szög van a szomszédos molekulák között a molekulák aszimmetrikus pakolódása miatt. Ez a fajta tömítés nagyobb hatótávolságú királis rendet eredményez. Általában a koleszterikus folyadékkristályok tulajdonságaira vonatkozóan a királis hangmagasságot vagy „p”-t definiáljuk, ahol arra a távolságra utal, amelyen át a folyadékkristály-molekulák teljes körben csavarodnak (360 fokos csavarodás).
Mi a különbség a nematikus szmektikus és koleszterikus folyadékkristályok között?
A nematikus, szmektikus és koleszterikus fázis az anyag három különböző fázisa, amelyek termotróp folyadékkristályok alatt állnak. A nematikus smektikus és koleszterikus folyadékkristályok közötti kulcsfontosságú különbség az, hogy a nematikus folyadékkristályoknak nincs rendezett molekulaszerkezetük, és a szmektikus folyadékkristályoknak réteges molekulaszerkezetük van, míg a koleszterikus folyadékkristályok molekulái csavart és királis elrendezésben vannak.
Az alábbiakban táblázatos formában összefoglaljuk a nematikus szmektikus és koleszterikus folyadékkristályok közötti különbséget.
Összefoglaló – Nematikus szmektikus vs koleszterikus folyadékkristályok
A nematikus, szmektikus és koleszterikus fázis az anyag három különböző fázisa, amelyek termotróp folyadékkristályok alatt állnak. A fő különbség a nematikus, szmektikus és koleszterikus folyadékkristályok között az, hogy a nematikus folyadékkristályoknak nincs rendezett molekulaszerkezetük, a szmektikus folyadékkristályoknak pedig réteges molekulaszerkezetük van, míg a koleszterikus folyadékkristályokban a molekulák csavart és királis elrendezésben vannak.
